ControlLogix联合站控制系统设计指导书2011.doc

ControlLogix联合站控制系统设计1引言大庆油田原油生产已进入高含水阶段,所采用的油水分离方法分为沉降脱水和复合电脱水两个阶段。主要工艺设备有游离水脱除器和电脱水器。油水分离的效果与对这些设备的控制方式有直接关系。大庆油田采油六厂某联合站的原油水分离控制部分均采用手动控制,数据采集,填写报表等都用人工完成,工人劳动强度大,又很难保证控制和采集数据的准确性。为此,该厂提出了对联合站的油水分离控制系统进行自动化改造,要求系统不仅要实现油水分离的自动控制,而且能将主控制室内的二次仪表用计算机上的形象直观画面来取代,以监视和控制现场设备运行状况。本课程设计专题根据现场实际要求，结合实验装置设计ControlLogix联合站控制系统实验台并进行程序设计。2工艺过程及工艺要求油田中来自各中转站的高含水油,首先进入游离水脱除器,分离出原油中大部分含水,再经加热炉加热,然后到电脱水器进行油水分离,最后经由净化油缓冲罐向外输送。联合站现场分为游离水脱除区、加热炉区、电脱水区和成品油外输区四个部分。其中游离水脱除区有五台游离水脱除器,它是联合站转油脱水过程中的主要装置。电脱水区有四台电脱水器,是原油脱水的核心装置。游离水脱除器和电脱水器的油水界面高度和罐内及输油管压力是保证油水分离质量的重要参数。在实际生产过程中利用放水阀来调节油水界面的高度,油出口调节阀来调节罐内和输油管压力。经过沉降脱水得到的原油再经加热炉升温后,才进入电脱水器。温度过低会影响生产,温度过高造成能源的浪费。因此,系统中需要根据原油脱水工艺设定的温度值,对加热炉燃烧情况进行自动控制。外输油区有一个净化油罐和净化油缓冲罐,其中净化油缓冲罐的出口流量由油出口调节阀和变频器根据缓冲罐的液位和压力来自动控制。 根据工艺要求,控制系统中需要监控的参数主要有:油水界面高度、液位、压力、温度和流量。这些参数都由对应的一次仪表传感器或变送器检测出来并转变为4 20mA 的电流信号, 经安全栅送入ControlLogix控制器的本地输入模块。控制信号由相应的输出模块以420mA的电流形式控制气动调解阀。整个系统中输入信号有12个界面高度传感器; 6个液位传感器; 4个温度传感器; 15个压力变送器,输出信号有13个液位调解阀, 8个压力调解阀。外输油流量的测量是通过一次仪表把流量信号转换为脉冲信号,经屏蔽电缆传输到高速计数模块,从而测得输送到下个站的净化油流量。3 控制系统控制系统采用美国罗克韦尔自动化公司最新的ControlLogix系列控制系统，包括： 1756-PA2 电源模块电源模块将外部的的交流或直流电源转换成控制器内部可用的电源，并防止电压脉冲对可编程序控制器内部部件的干扰。 1756-L55M12 ControlLogix处理器或1756-L1处理器（对应Slot 0）控制系统的运行。1756-ENET/1756-ENBT/1756-EWEB 以太网通信模块（对应Slot 1）与计算机或其它控制系统通信，本实验中计算机对控制系统的监测及控制程序的下载都是通过该模块实现的。1756-IB16/D（/I）数字量输入模块16通道带故障诊断(隔离型)用于检测按钮信号输入信号。1756-OB16/D（/E）数字量输出模块16通道带故障诊断（带电子保险）用于输出，控制指示灯等。1756-IF8（1F16，IR6I）模拟量输入模块（8通道、16通道电流电压，电阻输入）用于电压、电流信号及电阻输入信号的检测1756-OF8（OF6VI）模拟量输出模块（8通道非隔离电流/电压输出、6通道隔离型电压输出）4 系统功能联合站模拟控制系统实现了联合站游离水分离罐液面、压力采集、整定，报警及阀门的自动控制。（1）对游离水分离罐液面仪进行采集，液面仪输出0-10V（实际中多为4-20mA，为了便于模拟，实验中采用电压信号）对应液面高度为0-5米；（2）对游离水分离罐压力进行采集，压力传感器输出0-10V（实际多为4-20mA）对应压力为0-1.5MPa；（3）液面高度正常为1.4米，液面高度低于1.0米时输出液面低报警，高于1.8米时输出液面高报警，高于1.9米时打开液面调节阀（放水阀门）；（4）压力正常为0.5MPa，小于0.4MPa时压力低报警，压力大于0.6MPa时压力高报警，大于0.65MPa时打开放油阀门（压力调节阀门）；（5）报警输出共用一路声光报警，通过确认按钮消除报警，但要求其它报警出现时可再次报警；（6）报警及应急控制信号需具有施密特触发特性，如液面在1.9米波动时不允许阀门连续的进行开关动作；（7）液面、压力调节阀手动/自动控制，手动可设置阀门开度；（8）系统模拟2个游离水分离罐控制；（9）采用传统PLC模式和ControlLogix模式实现系统控制。5 系统设计步骤系统模拟对联合站2个游离水分离罐油水分离过程进行自动控制。实验台已完成按钮、指示灯、模拟量输入、输出的连接。5.1 建立通信（1）启动RSLinx在Windows开始菜单的程序栏中选择Rockwell Software的RSLinx，如图1-1所示（如在屏幕右下角已经有图标，则双击该图标）。RSLinx软件的启动界面如图1-2所示。图1-1 启动RSLinx软件图1-2 RSLinx软件启动界面（2）选择并配置与系统通信的驱动程序在图1-3所示的RSLinx软件界面中打开Communications菜单，选择Configure Drivers或直接点击常用工具栏中的Configure Drivers快捷方式图标。弹出图1-3所示通信驱动程序配置界面。图1-3 系统通信驱动程序选择界面 原有的驱动程序，可按Delete按钮删除注意：如果新驱动程序名称不是AB_ETH-1，则说明原先已有配置的驱动程序，应删除后重新配置，以免因驱动程序问题导致连接不到硬件或连接到错误的实验台。图1-4系统通信驱动程序选择界面在图1-3中的有效驱动程序类型（Available Driver Type）下拉菜单中列出了RSLinx支持的所有驱动程序类型。包括RS-232、EtherNet、EtherNet/IP、各种通信板卡、协议及软件接口协议。本实验中计算机通过 Ethernet与ControlLogix控制系统通信，因此，在图1-3的Available Driver Type下拉菜单中选择Ethernet Device。然后点击 Add New 按钮，在随后出现的添加新的驱动程序（Add New RSLinx Driver）对话框中点击OK按钮（如果选择默认的驱动程序名称）。出现图1-5所示Ethernet网络配置界面。在Host Name栏内输入计算机要与之通信的1756-ENET模块的IP地址，该地址已预先配置为10.2.0.10X，其中X为实验台的序号，1号实验台为10.2.0.101，2号实验台为10.2.0.102，以此类推。输入完成后点击“应用”和“确定”按钮，即完成了计算机与ControlLogix 的EtherNet网络通信配置。然后关闭Configure Drivers界面。ControlLogix控制系统中EtherNet模块的IP地址规则与计算机中的IP设置规则一致，通信上也遵守以太网规定。注意不要关闭RSLinx软件。根据实验台设定图1-5 通信驱动程序配置界面点击RSWho，所有模块信息可以自动浏览得到。方便维护，调试。不同实验台上模块不同，显示可能不同 图1-6网络设备访问、监控界面5.2 程序设计 程序设计分为：项目规划、IO模块配置、程序代码实现、下载调试。项目规划包括对控制器中任务分配、管理，标签的设置、管理；IO模块配置为对系统中输入输出模块参数配置及管理；按照系统功能要求进行程序代码实现后，需通过RSLinx通信软件将程序代码下载到控制器中，进行系统调试。ControlLogix控制系统可以通过多种编程语言进行程序代码实现，本设计采用梯形图编程语言实现。ControlLogix控制系统是一种新型的PLC控制系统，可以模拟传统的PLC控制，也可采取其独特的控制方式进行控制。本设计要求通过两种不同方式实现对联合站游离水分离罐进行控制。其主要区别在于智能IO模块的配置。传统控制模式：模拟量输入模块配置为Integer Data-Differential Mode按照传统方式对采集到的信号进行处理、整定。模拟量输出模块配置为Integer Data模式将阀门开度输出百分比转化成输出控制电压。通过程序代码复制，修改方式实现其他两个游离水分离罐的程序实现。ControlLogix控制模式：模拟量输入模块配置为Float Data-Differential Mode对模块的输入整定、报警参数进行配置。模拟量输出模块配置为Float Data模式对模块输出参数进行配置。通过任务规划方式实现其他两个游离水分离罐的程序代码。6 报告要求（1）系统设计及程序设计的过程；（2）两种不同方式实现的控制程序代码，注释；（3）比较两种不同方式实现的差异和优缺点；0-1.5Mpa-